Pedro Mendizorrotz, vecino de Ibarra, solicitó en 1577 el permiso para construir el monasterio franciscano, ofreciendo el terreno que había comprado en el camino a Gaztelu. Las órdenes religiosas debían realizar un estudio para establecerse en un pueblo, y en Tolosa, a finales del siglo XVI, cuatro órdenes intentaron asentarse. Francisco de Tolosa era el general de los franciscanos en esa época. Estar fuera de las murallas pero cerca de una puerta del pueblo y de las fuentes de Montesquiu ayudó a su ubicación, aunque el edificio siguió siendo vulnerable.

El diseño corrió a cargo del fraile zeraindarra Miguel Aranburu y la obra fue ejecutada por el cantero Pedro Mendiola, finalizándose en 1597. La iglesia es sencilla, con una fachada de sillería de caliza y dos escudos. Posee una sola nave y bóveda de cañón, con frescos del pintor Pablo Uranga. Está declarada Monumento Histórico-Artístico.

En 1604, Ambrosio Bengoetxea de Alkiza fue encargado del retablo mayor, que se colocó en 1615. Es una importante obra de estilo renacentista, destacada por la expresividad de sus figuras y su policromía. Durante el siglo XVII, Manuel Rekalde, Domingo Idiaga y Nicolas Zumeta trabajaron en la construcción, finalizada en 1674. La finca tenía 12.300 m2, incluyendo montes y huertas.

Como complemento al convento, Isabel Idiakez, viuda del almirante Juan Martinez Rekalde, abrió el colegio de San José en 1612. El cantero Manuel Rekalde realizó las obras de construcción entre 1631 y 1644. El colegio funcionó durante dos siglos, y la torre fue construida por el mismo arquitecto Aranburu entre 1640-42.

El emperador Napoleón Bonaparte visitó el convento en 1808. En 1814, un incendio destruyó todo excepto la iglesia, y la escuela cerró. Durante el siglo XIX, debido a la desamortización y las guerras carlistas, el convento tuvo que abandonar su sede en varias ocasiones, siendo utilizado como cuartel, hospital y almacén. En 1901, otro incendio afectó al convento vacío y al colegio.

En la segunda mitad del siglo XIX y principios del XX, se construyeron varios edificios nuevos alrededor del convento: el paseo (1848), el ferrocarril (1863), el frontón (1890), el Archivo Provincial (1904), entre otros. En 1915, la comunidad franciscana regresó a Tolosa y construyó el modesto convento actual.

Después de la guerra de 1936, el euskera y la cultura vasca cobraron gran importancia en la comunidad. El euskera unificado se creó en el santuario de Arantzazu, y algunos de sus frailes estuvieron en Tolosa. La revista Goiz argi, impulsada por Jose Antonio Garate, y el Calendario de Arantzazu se originaron allí. La administración de la revista Jakin también estuvo en el convento de 168 a 1978. El coro franciscano existió de 1949 a 1965, bajo la dirección de Pedro Peñagarikano.

A mediados del siglo XX, las peregrinaciones a Arantzazu tuvieron gran éxito. En 1970, asumieron la responsabilidad de las iglesias de Eldua y Berrobi, y en 1979, la iglesia de San Francisco fue designada tercera parroquia del pueblo.

Hoy en día, debido a la falta de vocaciones y la secularización de la sociedad, quedan pocas iglesias franciscanas en el País Vasco. En Tolosa solo quedan tres frailes, y en junio decidirán su futuro. El ayuntamiento ha mostrado interés en crear casas de acogida en el convento y organizar eventos culturales en la iglesia.